聚合全流程自動化系統(tǒng)開發(fā)

文/馬英

1 軟件系統(tǒng)開發(fā)

所開發(fā)的軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由以下主要部分組成：

1.1 模擬數(shù)據(jù)庫

采用數(shù)據(jù)接口技術(shù)和位數(shù)映射技術(shù)，建立了DCS系統(tǒng)和上位機(jī)軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道。它是軟件計(jì)算的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源，也是軟件系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù)存儲庫。

1.2 質(zhì)量指標(biāo)軟測量系統(tǒng)

利用基于模型的軟測量技術(shù)，可以實(shí)時(shí)在線檢測和顯示生產(chǎn)過程中無法直接測量的與操作控制相關(guān)的質(zhì)量指標(biāo)和部件。本項(xiàng)目涉及的指標(biāo)包括聚合物分子鏈長度分布、聚合度、pH值、總固含量、剩余單體和硫丁腈鈉濃度等。

1.3 生產(chǎn)管理軟件系統(tǒng)

充分發(fā)揮動態(tài)數(shù)據(jù)庫和在線統(tǒng)計(jì)計(jì)算功能，完成在線原材料能耗統(tǒng)計(jì)、成本核算等。通過人機(jī)界面進(jìn)行工藝分析、調(diào)整和調(diào)度決策，完成日、班、期歷史數(shù)據(jù)的報(bào)表均值和統(tǒng)計(jì)分析，是工程師和操作工進(jìn)行工藝分析、調(diào)整和調(diào)度決策的有用工具。

1.4 故障診斷與報(bào)警系統(tǒng)

除了預(yù)測軟測量值和中間計(jì)算值的超限故障外，還應(yīng)根據(jù)車間要求開發(fā)聚合釜入口八股流率故障診斷預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

1.5 人機(jī)友好界面開發(fā)

根據(jù)上述系統(tǒng)的接口要求和工藝人員的軟件操作要求，開發(fā)了本項(xiàng)目的人機(jī)友好接口。除主界面外，還有聚合、單關(guān)、清洗、故障診斷和統(tǒng)計(jì)管理界面。每個(gè)界面都配有相應(yīng)的操作功能，如參數(shù)設(shè)置、曲線顯示等。

2 模型的開發(fā)

過程建模是控制論研究的基礎(chǔ)，也是數(shù)字信息處理技術(shù)和過程分析的基礎(chǔ)。它涉及多個(gè)領(lǐng)域的知識，是系統(tǒng)開發(fā)的創(chuàng)新和難點(diǎn)。本項(xiàng)目涉及的主要數(shù)學(xué)模型有：

2.1 聚合釜模型

采用改進(jìn)的宏觀動力學(xué)模型，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和回歸模型的方法，建立了三種聚合反應(yīng)器的混合模型。為了提高模型的精度，通過實(shí)驗(yàn)研究得到了p-h值與亞硫酸鹽濃度與操作條件之間的實(shí)時(shí)定量關(guān)系。從DCS輸入數(shù)據(jù)收集，處理，和亞硫酸濃度p H回歸模型（模型1），反應(yīng)熱量模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（模型2 ～ 4），和過程的模型參數(shù)k1、k2、k3和聚合物總p，最后使用丙烯腈聚合動力學(xué)模型，上網(wǎng)轉(zhuǎn)化率和聚合物的平均分子量。

2.2 汽提塔模型

汽提塔是一種復(fù)雜的蒸餾塔。采用嚴(yán)格的機(jī)理模型方法，結(jié)合裝置的工程結(jié)構(gòu)，分別建立了單塔模型。

2.3 水洗機(jī)模型

該機(jī)本質(zhì)上是旋轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)。針對過濾過程的復(fù)雜性，將機(jī)理與回歸相結(jié)合，建立了真空旋轉(zhuǎn)洗滌機(jī)的半機(jī)理回歸模型。

2.4 高剪切溶解器和消泡塔模型

采用機(jī)理分析方法，建立了高剪切溶解器和消泡塔的機(jī)理模型。

3 質(zhì)量指標(biāo)在線檢測軟件系統(tǒng)

利用現(xiàn)代控制理論中的估計(jì)技術(shù)，在線檢測整個(gè)過程各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量指標(biāo)，開發(fā)了在線運(yùn)行的計(jì)算機(jī)工程軟件系統(tǒng)。涉及裝置輸出（主導(dǎo)）變量和選擇的輔助變量圖1所示，生產(chǎn)過程中工藝操作人員所關(guān)心的質(zhì)量指標(biāo)都已在內(nèi)。

在軟測量儀器的編程與實(shí)現(xiàn)過程中，嵌入了誤差處理、尺度變換、瞬時(shí)輸入變量按時(shí)間分布加權(quán)處理、動態(tài)滑動處理和軟測量結(jié)果平均處理。為了適應(yīng)對象的時(shí)變、工況或負(fù)荷變化，模型在系統(tǒng)使用過程中需要有一定的泛化。為了保證檢測精度，有必要對模型進(jìn)行校正。參數(shù)估計(jì)模塊根據(jù)需要對模型參數(shù)進(jìn)行估計(jì)、存儲和修改。

4 故障診斷系統(tǒng)

聚合釜在聚合生產(chǎn)過程中是工藝絲錐的來源、關(guān)鍵設(shè)備和產(chǎn)品。聚合反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，影響因素多，操作難度大。故障診斷尤其重要根據(jù)工廠的要求,故障診斷和報(bào)警系統(tǒng)聚合釜進(jìn)料流率是發(fā)達(dá),和水箱的液位之間的關(guān)系模型提供原材料和實(shí)際流量建立了通過使用基于解析模型的故障診斷方法。由于原料的投料條件不同，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)是根據(jù)各自的投料條件建立合適的模型同時(shí)，由于液位計(jì)液位波動測量誤差較大，采用數(shù)據(jù)處理技術(shù)對輸入液位數(shù)據(jù)和輸出偏差數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的滑動平均和毛刺去除處理。

5 生產(chǎn)管理軟件

圖1：軟測量系統(tǒng)輸入輸出表

聚合生產(chǎn)管理軟件系統(tǒng)是利用數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，完成實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲，最后自動生成班次報(bào)表、日報(bào)表和一段時(shí)間的平均報(bào)表。它不僅取代了繁瑣的人工數(shù)據(jù)和手工計(jì)算,但也反映了生產(chǎn)信息及時(shí)和相關(guān)的重要數(shù)據(jù),為工程技術(shù)人員提供重要的決策信息和管理,觀察和掌握設(shè)備的操作,為生產(chǎn)經(jīng)營決策提供強(qiáng)有力的支持,實(shí)現(xiàn)企業(yè)利益與軟件技術(shù)的提高。

6 系統(tǒng)軟件程序結(jié)構(gòu)

根據(jù)不同的語言平臺和功能，總體結(jié)構(gòu)大致可分為三個(gè)模塊：后臺軟測量模型計(jì)算模塊、前臺界面顯示（動態(tài)數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲顯示、參數(shù)設(shè)置等）模塊和中間數(shù)據(jù)庫模塊。根據(jù)系統(tǒng)的軟測控和現(xiàn)場工藝人員的要求，整個(gè)系統(tǒng)的人機(jī)界面由六個(gè)部分組成：

（1）聚合過程中軟測量界面；

（2）單工序軟測量接口；

（3）用于水洗、溶解和消泡過程的軟測量接口；

（4）故障診斷系統(tǒng)接口；

（5）參數(shù)設(shè)置界面；

（6）管理窗口。

各子界面具有實(shí)時(shí)曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢和顯示功能。

7 結(jié)束語

綜上所述，聚合全自動化系統(tǒng)是在設(shè)備現(xiàn)有DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)的，數(shù)據(jù)通過企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)傳輸，將企業(yè)運(yùn)營、過程控制和運(yùn)營管理作為一個(gè)整體。以數(shù)據(jù)和模型為核心，利用上位機(jī)軟測量、優(yōu)化和故障診斷技術(shù)，形成設(shè)備信息集成系統(tǒng)，對現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度處理，開發(fā)工程應(yīng)用軟件。